转向架构架P355NL1钢MAG焊接头低温力学性能研究

P355NL1低合金钢是轨道车辆转向架构架所用材料之一,其焊接接头低温力学性能是转向架可靠工作的重要保证。本文针对某高速列车转向架用P355NL1低合金钢MAG焊对接接头,在不同温度(常温、0℃、-10℃、-20℃、-30℃、-40℃)条件下,进行了拉伸、弯曲、冲击的力学性能试验,研究了温度对焊接接头强度、塑性和韧性的影响,测试并研究了接头硬度分布规律,观察了接头的金相组织形态及断口形貌。试验结果表明:该钢种MAG焊接头低温力学性能均满足设计要求,尤其是低温冲击韧性良好。

地铁转向架用P355NL1钢焊缝金属的低温冲击韧性

对地铁转向架用P355NL1钢焊缝金属进行了低温冲击试验,分析了焊缝金属的显微组织和化学成分对其低温冲击韧性的影响,并通过断口形貌观察分析了其断裂机制。结果表明:焊缝金属的显微组织包括先共析铁素体(PF)、侧板条铁素体(FSP)、细晶铁素体(FGF)以及针状铁素体(AF)等;大量的AF使其具有良好的低温冲击韧性;焊缝金属中含有硅、锰、镍等元素,促进了AF的生成并细化了晶粒;焊缝金属的韧脆转变温度为-42.70℃;-20~0℃时焊缝金属的断口形貌以韧窝为主,断裂方式为韧性断裂,断裂机理为微孔聚集型;-40℃时焊缝金属的断口形貌为韧窝和解理面相交织,断裂方式为韧-脆混合断裂;-60℃时焊缝金属的断口形貌已经完全变成解理断口,断口分布着河流状花样和解理台阶,为典型的脆性断裂。

相同焊接工艺下P355NL2与S355J2两种结构钢焊接接头性能研究

为研究P355NL2和S355J2这2种结构钢焊接接头的性能,进行了相同焊接工艺参数下接头的显微硬度分析、冲击试验结果分析及扫描电镜分析,结果表明, P355NL2钢焊接接头的硬度和强度下降幅度达17%,而低温冲击性能、弯曲性能以及断后伸长率等基本未受影响。而S355J2钢焊接接头的显微硬度下降幅度达到了43%,母材的组织特征变化明显,上述分析结果为轨道车辆转向架材料选择提供了理论依据。

TIG重熔对转向架用P355NL1钢焊接接头性能的影响

利用TIG重熔工艺对转向架用P355NL1钢对接接头进行处理,利用金相显微镜、维氏硬度计以及拉伸试验机研究了TIG重熔对焊接接头微观组织形貌、硬度和抗拉强度的影响。TIG重熔前后焊接接头母材及焊缝组织相同,而TIG重熔区主要为马氏体+少量的M-A组元。TIG重熔前后焊接接头母材及焊缝组织硬度相当,母材为160 HV,焊缝为190HV,而TIG重熔区的硬度显著提高到393 HV。TIG重熔前后焊接接头的抗拉强度基本不变,断裂部位均在母材上。

焊趾TIG重熔对转向架用P355NL1钢对接接头残余应力的影响

采用X射线衍射法对转向架用P355NL1钢对接接头的残余应力进行了测试。研究T IG重熔处理对单面焊双面成型和封底焊对接接头残余应力的影响。结果表明,TIG重熔处理对降低单面焊双面成型接头焊趾处纵向残余应力有显著影响,但会提高封底焊接头焊缝和焊趾的纵向残余应力。单面焊双面成型接头焊态横向残余应力值总体大于封底焊焊态接头横向残余应力。焊趾T IG重熔增加了单面焊双面成型对接接头焊趾区域横向压应力值,但对封底焊接头焊趾处横向残余应力没有影响。

去应力退火对P355NL1钢焊接接头组织及性能的影响

对比研究P355NL1钢MAG焊接接头去应力退火前后的微观组织和基本力学性能,结果表明,通过MAG焊接方法可获得外观良好的焊接接头。去应力退火处理对焊接接头的焊缝、热影响区和母材的微观金相组织无明显影响。去应力退火处理对焊接接头的拉伸性能、断后伸长率和弯曲性能影响不大,但接头硬度有一定程度的降低。去应力退火接头焊缝冲击功变化不大,母材和热影响区的冲击功有一定程度的提高。综合来看,去应力退火处理对P355NL1钢MAG焊接接头的组织及基本力学性能无明显影响,能够保证接头具有良好的使用性能。

P355NL1钢深熔焊与MAG焊接头力学性能对比研究

进行了10 mm厚的P355NL1钢深熔焊和熔化极活性气体保护电弧焊(MAG)试验,对比了2组焊缝在显微组织、力学性能等方面的差别。结果表明,深熔焊热影响区晶粒受到热循环的影响有一定程度的长大,但相比MAG焊热影响区晶粒仍然较为细小。2种焊接方法的接头力学性能差异明显,深熔焊焊缝拉伸性能、弯曲性能以及冲击韧性均优于MAG焊焊接接头,深熔焊焊接接头抗拉强度均在520 MPa左右,焊缝热影响区冲击吸收功可达155 J,抗弯强度在1 160 MPa左右,表明深熔焊工艺适合于P355NL1钢的焊接。

热处理对P355NL1钢不同焊接工艺接头残余应力及力学性能的影响

利用X射线测试系统和拉伸试验机对轨道车辆用P355NL1钢手工MAG多道焊与机械手自动MAG多道焊对接接头热处理前后的残余应力及拉伸性能进行了测试,研究了去应力退火热处理对不同焊接接头残余应力分布和拉伸性能的影响。结果表明:热处理前后手工MAG焊与机械手MAG焊焊接接头纵向与横向的残余应力分布趋势一致,均沿焊缝中心线近似对称,焊缝及近缝热影响区存在高的残余拉应力且随距焊缝距离的增加,残余应力值降低,直至母材变为压应力;热处理可以显著降低焊缝及近缝区周围的残余应力峰值,但对P355NL1钢焊接接头拉伸性能的影响很小。

超声波冲击法对转向架用P355NL1钢对接接头性能的影响

以转向架构架常用材料P355NL1钢为研究对象,采用超声波冲击法对转向架构架用P355NL1钢对接接头焊趾处进行处理,对处理前、后的试样性能进行了研究。试验结果表明,经过超声冲击,组织明显细化,冲击处理10 min,表面变形层厚度约为170μm,但接头静载拉伸性能不会有明显改变。在循环寿命N为1×107循环次数下,P355NL1钢焊态的条件疲劳极限值为195 MPa,超声波冲击态的条件疲劳极限为265 MPa,疲劳极限提高了36%。在相同应力水平条件下,P355NL1钢对接接头超声冲击态的疲劳寿命是焊态接头的12~15倍。

P355NL1钢双丝MAG焊接头组织及力学性能

对P355NL1正火钢进行双丝MAG焊,并研究了接头组织及力学性能。结果表明,P355NL1钢双丝焊接头成形良好,无未熔合、咬边等焊接缺陷;焊缝区域晶粒均匀细小,金相组织为条状和块状的先共析铁素体分布于柱状晶界上,先共析铁素体沿奥氏体晶界析出,针状和条状铁素体向晶内生长,并含有少量的珠光体组织;母材硬度约HV180,热影响区粗晶区硬度约HV300,细晶区硬度约HV220,焊缝硬度在HV200~HV220之间,无接头软化区;拉伸断裂位置均出现在母材,抗拉强度均值为542 MPa;25℃和-40℃焊缝的平均冲击吸收功为分别为84 J和67 J,疲劳试样多断裂于焊缝,疲劳极限可达到400 MPa。

G20Mn5钢与P355NL1钢对接焊试样断口分析

文中以20 mm厚G20Mn5钢和P355NL1钢对接焊试样为研究对象,对焊接接头进行拉伸试验及硬度测试,并进行宏观、微观金相分析、疲劳性能分析,比较异种钢板焊缝两侧基本性能及疲劳性能的差异。研究结果表明:G20Mn5钢强度高于P355NL1钢的强度;焊缝与HAZ区强度均高于母材强度。焊件母材正背表面几乎无脱碳现象;焊件各区域金相组织正常,无明显缺陷;断裂性质为疲劳断裂,断裂起始位置为焊件正面G20Mn5母材与焊缝熔合线部位,沿G20Mn5母材走向,疲劳源的形成与该处应力集中有关。

转向架用P355NL1钢焊接接头组织及力学性能的研究

采用MAG焊接工艺对转向架用P355NL1钢板进行焊接,研究了P355NL1钢焊接接头的微观组织形貌、硬度分布及室温力学性能。试验结果表明:焊缝组织主要是粗大板条状和块状的先共析铁素体、针状铁素体以及少量珠光体;热影响区的晶粒是大小不均匀的块状铁素体、针状铁素体。焊缝区硬度值分布在192~201 HV,热影响区的硬度最高可达220HV。拉伸试样均断裂于母材处,其抗拉强度在518 MPa左右,断后伸长率平均为23.8%,P355NL1钢MAG焊接接头具有良好的强度和塑性。

工艺参数对P355NL1钢十字接头疲劳性能影响

采用普通MAG焊与深熔焊2种不同的焊接工艺对8 mm厚P355NL1钢十字接头进行手工电弧焊接试验,分别优化2种不同的工艺,使用最优参数获得2种不同工艺的焊接接头,对比2种不同工艺下产生的焊接接头的疲劳性能。结合微观组织特点以及疲劳性能的测试结果,分析2种工艺的优劣。结果表明:深熔焊焊接接头的晶粒相对于普通MAG焊来说更加细小均匀;焊接缺陷也更少;从疲劳性能上看深熔焊的焊接接头的疲劳性能也是优于普通MAG焊的。从对比中可看出,深熔焊的焊接接头具有更高的焊接质量与疲劳性能,深熔焊工艺在P355NL1钢的焊接中有着更好的效果。

环境温度对地铁转向架用P355NL1钢强韧性的影响

以地铁转向架材料P355NL1钢为研究对象,通过不同温度下的拉伸试验、冲击试验研究了温度对该种钢强度和冲击性能的影响,同时利用Boltzmann函数对试验结果进行拟合,分析得到材料的韧脆转变温度,并对拉伸和冲击断口形貌进进行了观测。结果表明:环境温度对P355NL1钢强韧性有明显影响,随着试验温度的降低,材料的抗拉强度和屈服强度逐渐增强,而冲击吸收能量呈降低趋势;材料的韧脆转变温度(DBTT),按照冲击吸收能量为-62.57℃,按照纤维断面率为-59.96℃;材料具有良好的低温韧性。

超声冲击对P355NL1钢焊接接头超高周疲劳性能影响

通过超声疲劳试验探究超声冲击对P355NL1钢焊接接头超高周疲劳性能的影响。结果表明,由疲劳S-N曲线可知,在105~109寿命区间内,冲击态试样的疲劳性能要高于焊态试样,在1.0×108的疲劳寿命下,焊态试样的疲劳强度为139 MPa,冲击态的疲劳强度为217 MPa,冲击态疲劳强度相较于焊态提高了56%,这表明超声冲击可以明显提高焊接接头的疲劳强度。利用扫描电镜(SEM)观察断口形貌可以发现,裂纹源位于焊接接头焊根区表面。P355NL1钢焊接接头疲劳断裂为准解理断裂,超声冲击可以提高焊接接头的疲劳强度,但不会改变其疲劳失效机理。超声冲击可以降低焊根处应力集中,引入有益压应力和表面晶粒细化,从而提高焊接接头的疲劳强度。

不同处理工艺对转向架横梁模拟箱体焊接残余应力的影响

采用不同的处理工艺对转向架横梁模拟箱体对接接头进行处理,并采用X射线衍射法测量处理后的对接接头残余应力,对比了不同处理工艺条件下模拟箱体某条焊缝的残余应力。结果表明:整体热处理、局部热处理和风铲振动冲击均可改善模拟箱体焊接接头的残余应力。风铲振动冲击可以使模拟箱体接头焊缝区及焊趾部位表面形成一层残余压应力;局部热处理可以改善模拟箱体接头焊后残余应力,拉应力峰值可降低约33%;而整体热处理对模拟箱体接头焊后残余应力的改善效果优于局部热处理,拉应力峰值可以降低约65%。